德研究:人腦有不同神經機制處理 4 以下與 5 以上數量

數 1 2 3 是否易過數其他更大的數字?最近刊於《自然人類行為》的研究指,人腦有兩種不同的方式來處理數量:一種系統處理 4 或更少數,另一個則會處理 5 或更多的數量。

團隊解釋,學界很早就知道,當被要求快速辨別高於或低於這個閾值的數量時,人的反應會有所不同,但過往一直不清楚這是否由兩種離散神經機制所造成。

當見到例如 4 個或更少的蘋果時,人通常可以一眼就辨識出總數而不需計算,且幾乎總是正確的。這種能力被心理學家稱為「數感 (subitizing) 」,指的是一種無需計數或猜測,就能立即知道自己正在所看到東西數量的直覺。

不過,當人看到 5 個或更多的東西時,能力就會消失。例如,如果被要求立即量化一組共 7 個的蘋果,我們往往會猶豫並估計,需要稍長的時間來回應,且仍然可能數得不準確。

負責是次研究的德國波恩大學認知神經生理學家 Florian Mormann 解釋,這種現象可能是大腦總是在作出估計,但少量事物的計算錯誤率非常低,以至根本就被忽視。

為研究這種效應,團隊在波恩大學醫院招募了 17 名準備接受腦部手術的癲癇患者;作為治療的一部分,患者的顳葉中插入了微電極,以測量單一神經細胞對視覺刺激的反應。

在實驗中,志願者會觀看顯示多粒「點」的電腦螢幕,這些不同數量的點會在畫面中持續半秒。然後,團隊會查問志願者看到的點是奇數或是偶數。

研究發現,志願者能快速且準確地回答了最多 4 粒點,幾乎沒有犯任何錯誤。然而,一旦有 5  或更多粒點,錯誤和回應時間就開始點數增加。

是次團隊中的一些學者曾發表研究指,人類大腦有負責每個數字的神經元,某些神經細胞會選擇性地回應某些數量。然而,他們也發現,許多這些神經元也會對稍小或稍大的數字作出反應,對遠離其該數的數量反應較弱。

有參與是次研究的圖賓根大學神經生物學家 Andreas Nieder 在大學聲明中舉例,處理 7 這數量的腦細胞也會處理 6 和 8 ,但反應強度較弱,到 5 或 9 的激活程度就更低。類似的腦神經反應在猴子身上也有出現,不過在人類中,這種情況通常只有當我們看到 5 或以上東西時才會發生,這代表我們識別較小數字的方式,存在一些未被發現的差異。

是次團隊提出,負責較低數量的神經元,能夠抑制負責相鄰數字的其他神經元,從而限制有關相關數量的任何混合訊號。例如,當一個與 3 有關的神經元放電時,同時會抑制通常對 2 及 4 個事物組作出反應的神經元,而負責數量為 5 及以上的神經元顯然缺乏這種機制。

團隊表示,研究提供人類大腦機制的新線索,揭示我們如何處理數字的重要細​​節,並可能有助解釋為何有些人難以處理數字。

來源:

Science Alert, There’s a Big Difference In How Your Brain Processes The Numbers 4 And 5

報告:

Kutter, E.F., Dehnen, G., Borger, V. & et al. (2023). Distinct neuronal representation of small and large numbers in the human medial temporal lobe. Nat Hum Behav 7, 1998–2007. doi: 10.1038/s41562-023-01709-3

文/AC

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